综述：废弃纤维素升级再造为功能材料的进展：策略、挑战与新兴应用——一项全面综述

这篇综述系统梳理了从农业/工业/城市废弃物中提取纤维素（CNC/CNF/BNC）的创新策略，重点探讨了XRD、FTIR、NMR、SEM等表征技术对纤维素结晶度（C2/C3/C6羟基修饰）及热稳定性的影响，揭示了β(1→4)糖苷键连接的纤维素衍生物在生物医药和环境修复中的应用潜力。

　　

引言

全球每年产生约1000万吨植物基废弃物，其中富含45-55%纤维素。这些废弃物传统处理方式会释放甲烷等温室气体，而升级再造为功能材料成为可持续解决方案。纤维素作为由β(1→4)糖苷键连接的D-葡萄糖聚合物，其C₂/C₃/C₆位羟基的可修饰性为功能化提供了基础。

来源与类型

农业废弃物（小麦秸秆、甘蔗渣）和工业副产品是主要来源。通过酸/碱预处理可分离出三类纳米纤维素：刚性棒状的纤维素纳米晶体（CNC）、柔性纤维状的纤维素纳米纤维（CNF），以及微生物合成的细菌纤维素（BNC）。

提取与表征技术

三阶段提取法包括：

1. 1.

   预水解（H₂SO₄/NaOH打开基质）

2. 2.

   蒸煮（NaOH煮沸）

3. 3.

   漂白（H₂O₂/NaClO₂纯化）

   FTIR谱图中3391 cm^-1处的O-H伸缩振动峰是结晶度关键指标，而2906 cm^-1的C-H振动反映分子构象。

衍生化与应用

通过醚化/酯化可制备多种衍生物：

• •

  羧甲基纤维素（CMC）用于止血材料

• •

  醋酸纤维素（CA）制成可降解包装膜

• •

  氧化纤维素（Oxycellulose）作为手术止血剂

未来展望

开发深共熔溶剂（DES）等绿色提取技术，优化CNC与合成聚合物的复合界面，将是推动纤维素基材料在组织工程和智能包装中应用的关键。